因华为手机的兴起,使得“芯片”一词,受到了众人的广泛关注。
在科技发展的过程中,“卡脖子”的问题往往与芯片相关,引起大众的深深关注。
因为缺少了芯片的制造,便无法制造出顶尖的手机。那么,芯片究竟是如何被发明出来的呢?
回溯历史,1879年,的爱迪生在发明灯泡的发现了一个有趣的物理现象:当电流通过电灯泡时,灯丝与灯泡内的金属板间会产生电流。
尽管当时爱迪生认为这只是一个无足轻重的发现,但他仍以科学家的严谨态度记录并申请了专利,后人称之为“爱迪生效应”。
到了1897年,另一位科学家发现了电子。这使人们恍然大悟“爱迪生效应”的原理:灯丝加热时会发射电子至金属板,电子在金属板上反弹回到灯丝,如此往复形成电流回路。
基于爱迪生的这一发现,英国物理学家弗莱明于1904年发明了电子二极管。他设计的真空管内,两块金属板一正一负,加热负极时,电子会射向正极。
这为后来的信息传递与检测奠定了基础。
简言之,这意味着“电子可携带信息”,且这种信息可被检测与解读。
这就是芯片的雏形,其工作原理与现今芯片无异,即携带并传输信息。可称之为第一代芯片,尽管它并未呈现出如今芯片的形态。
随着科技的发展,电子二极管的电信号虽微弱,但人们一直在探索增强电子流的方法。
1905年,德福雷斯特制造了三极管,通过增加一个金属栅极,使电子流得到增强。他发现,通过改变电压,可以调节电子流的大小。
更大的电子流意味着能携带更多的无线电信号,从而传输更多信息。
那么,二极管、三极管具体有什么用处?应用在哪些地方呢?
随后,费丁生在1906年发明了调频波,开启了无线电通信的新纪元,并首次进行了无线电广播。
而后在1939年,现代意义上的电子电视诞生。
早期的电子管因体积庞大、笨重而不便于使用。
为此,1947年,贝尔电话实验室的三位科学家成功研制出轻巧便捷的晶体管,随后又发明了晶体三极管。
晶体管极大地推动了电子技术的发展。
随着加工技术的进步,晶体管越来越小,但其功能却越来越强大。晶体管内的正负极可携带的信息量日益增加。
晶体管可被视为第二代芯片。
到了1959年,德州仪器公司发明了第一块集成电路。它将晶体管和电子线路整合在一起,可完成以往多个电子元件的任务。
没错,这就是芯片的初步形态了。
人们称之为第三代芯片。
在晶体管的研发过程中,人们发现了适合制造晶体管的半导体材料,尤其是以硅为主。人们习惯称之为“硅片”。
随着科技的进步,更大规模的集成电路得以发展。大约在1975年左右,出现了单个硅片上集成了十万个晶体管的超大规模集成电路。
这已非常接近我们今天所说的芯片了。
随着技术的发展,晶体管促进了电子计算机的诞生。特别是IBM在1964年制造的计算机成为标志性产品。
而超大规模集成电路则推动了微型计算机的发展,即我们现今所使用的电脑。
智能手机就是一台小型的计算机,其内部的芯片就是一个极小的超大规模集成电路。
芯片的“进化”过程就是如何在微小的硅片上集成更多的晶体管,传输更多的信息。
如今在我们手机中使用的芯片——以苹果和小米为例——内部集成了高达100亿个晶体管。